Feltprogrammerbar analog array - Field-programmable analog array

En felt-programmerbar analog matrix ( FPAA ) er en integreret kredsløbsindretning indeholdende beregningsmæssige analoge blokke (CAB) og interconnects mellem disse blokke tilbyder felt-programmerbarhed . I modsætning til deres digitale fætter, FPGA , har enhederne tendens til at være mere applikationsdrevne end almindelige formål, da de kan være strømtilstand eller spændingstilstandsenheder. For spændingstilstandsenheder indeholder hver blok normalt en operationsforstærker i kombination med programmerbar konfiguration af passive komponenter. Blokkene kan for eksempel fungere som somre eller integratorer .

FPAA'er fungerer normalt i en af ​​to tilstande: kontinuerlig tid og diskret tid .

  • Enheder med diskret tid har et systemeksempelur . I et skiftet kondensatordesign prøver alle blokke deres indgangssignaler med et prøve- og holdekredsløb sammensat af en halvlederkontakt og en kondensator. Dette føder en programmerbar op amp sektion, som kan dirigeres til et antal andre blokke. Dette design kræver mere kompleks halvlederkonstruktion . Et alternativt skiftestrømdesign tilbyder enklere konstruktion og kræver ikke indgangskondensator, men kan være mindre nøjagtig og har lavere blæserudgang - den kan kun køre en efterfølgende blok. Begge enhedstyper med diskret tid skal kompensere for skiftestøj, aliasing med systemets samplingshastighed og samplingshastighed begrænset båndbredde under designfasen.
  • Kontinuerlige tidsenheder fungerer mere som en række transistorer eller op-forstærkere, der kan fungere ved deres fulde båndbredde . Komponenterne er forbundet i et bestemt arrangement gennem et konfigurerbart array af switche. Under kredsløbsdesign skal switchmatrixens parasitære induktans, kapacitans og støjbidrag tages i betragtning.

I øjeblikket er der meget få producenter af FPAA'er. On-chip ressourcer er stadig meget begrænsede sammenlignet med en FPGA. Dette ressourceunderskud nævnes ofte af forskere som en begrænsende faktor i deres forskning.

Historie

Udtrykket FPAA blev først brugt i 1991 af Lee og Gulak. De fremsatte begrebet CAB'er, der er forbundet via et routingnetværk og konfigureret digitalt. Derefter uddybede de i 1992 og 1995 konceptet med inkludering af op-forstærkere, kondensatorer og modstande. Denne originale chip blev fremstillet ved hjælp af 1,2 µm CMOS-teknologi og fungerer i 20 kHz-området ved et strømforbrug på 80 mW.

Pierzchala et al. Introducerede et lignende koncept med navnet elektronisk programmerbart analogt kredsløb ( EPAC ). Den indeholdt kun en enkelt integrator. Men de foreslog en lokal interconnect arkitektur med henblik på at forsøge at undgå begrænsninger båndbredden.

Den omkonfigurerbare analoge signalprocessor ( RASP ) og en anden version blev introduceret i 2002 af Hall et al. Deres design inkorporerede elementer på højt niveau, såsom andenordens båndpasfiltre og 4 ved 4 vektormatrixmultiplikatorer i CAB'erne. På grund af sin arkitektur er den begrænset til omkring 100 kHz, og selve chippen er ikke i stand til at understøtte uafhængig omkonfiguration.

I 2004 hentede Joachim Becker den parallelle forbindelse af OTA'er (operationelle transkonduktansforstærkere) og foreslog brugen i en sekskantet lokal samtrafikarkitektur. Det krævede ikke et routingnetværk og eliminerede at skifte signalstien, der forbedrer frekvensresponset.

I 2005 arbejdede Fabian Henrici sammen med Joachim Becker for at udvikle en omskiftelig og inverterbar OTA, der fordoblede den maksimale FPAA-båndbredde. Dette samarbejde resulterede i den første fremstillede FPAA i en 0,13 µm CMOS- teknologi.

I 2016 designede Dr. Jennifer Hasler fra Georgia Tech et FPAA-system på en chip, der bruger analog teknologi til at opnå enestående strøm- og størrelsesreduktioner.

Se også

Referencer

  1. ^ Hall, Tyson; Twigg, Christopher; Hassler, Paul; Anderson, David (2004). "ANVENDELSESPRESTATION AF ELEMENTER I EN FLOATING-GATE FPAA". IEEE-Iscas 2004 . II : 589-592.
  2. ^ Baskaya, F .; Reddy, S .; Sung, Kyu Lim; Anderson, DV (august 2006). "Placering af store programmerbare analoge arrays med flydende gate" . IEEE-transaktioner på VLSI-systemer . 14 (8): 906–910. doi : 10.1109 / TVLSI.2006.878477 . S2CID  16583629 .
  3. ^ "Et CMOS feltprogrammerbart analogt array," Solid-state Circuits ". Doi : 10.1109 / 4.104162 . Citer journal kræver |journal=( hjælp )
  4. ^ "Feltprogrammerbar analog array baseret på MOSFET transconductors". S2CID  15702616 . Citer journal kræver |journal=( hjælp )
  5. ^ Lee, EKF; Gulak, PG (1995). "En transconductor-baseret feltprogrammerbar analog array". Et transkonduktorbaseret feltprogrammerbart analogt array . s. 198-199. doi : 10.1109 / ISSCC.1995.535521 . ISBN 0-7803-2495-1. S2CID  56613166 .
  6. ^ Pierzchala, E .; Perkowski, MA; Van Halen, P .; Schaumann, R. (1995). "Strømtilstandsforstærker / integrator til et feltprogrammerbart analogt array". Current Mode forstærker / integrator til feltprogrammerbar analog array . s. 196–197. doi : 10.1109 / ISSCC.1995.535520 . ISBN 0-7803-2495-1. S2CID  60724962 .
  7. ^ Hall, Tyson S .; Hasler, Paul; Anderson, David V. (2002). "Feltprogrammerbare analoge arrays: En flydende tilgang til gate". Feltprogrammerbare analoge arrays: En flydende gate-tilgang . Forelæsningsnotater i datalogi. 2438 . s. 424-433. doi : 10.1007 / 3-540-46117-5_45 . ISBN 978-3-540-44108-3. S2CID  596774 .
  8. ^ Hall, TS; Twigg, CM; Grå, JD; Hasler, P .; Anderson, DV (2005). "Storskala feltprogrammerbare analoge arrays til analog signalbehandling". IEEE-transaktioner på kredsløb og systemer I: Almindelige papirer . 52 (11): 2298-2307. doi : 10.1109 / TCSI.2005.853401 . S2CID  1148361 .
  9. ^ "." En kontinuerlig tidsprogrammerbar analog array (FPAA) bestående af digitalt rekonfigurerbare GM-celler ". CiteSeerX  10.1.1.444.8748 . Citer journal kræver |journal=( hjælp )
  10. ^ "En kontinuerlig, sekskantet feltprogrammerbar analog matrix i 0,13 µm CMOS med 186 MHz GBW". CiteSeerX  10.1.1.444.8748 . Citer journal kræver |journal=( hjælp )
  11. ^ "En programmerbar og konfigurerbar FPAA SoC i blandet tilstand, Jennifer Hasler et al., Georgia Tech., 7. januar 2016". doi : 10.1109 / TVLSI.2015.2504119 . S2CID  14027246 . Citer journal kræver |journal=( hjælp )

eksterne links